專利名稱：發(fā)光設(shè)備的制作方法
發(fā)光設(shè)備發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明應(yīng)用涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)。 發(fā)明背景各種改進(jìn)已經(jīng)被提議用來增強(qiáng)半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的性能。例 如，標(biāo)題為"Electrode structures for light emitting devices (發(fā)光設(shè)備的電極 結(jié)構(gòu))"并被授讓給Lumileds Lighting, U.S., LLC的美國(guó)專利6，307，218，披 露指狀型電極布局來解決半導(dǎo)體LEDs里的電流擁擠(cmrent crowding)問題。盡管如此，進(jìn)一步的改進(jìn)仍然是值得期待的。例如， 一些常規(guī)設(shè)計(jì)已 經(jīng)考慮散熱和/或耗能問題。如果LEDs有一個(gè)相當(dāng)大的尺寸，這些問題會(huì) 變得更加引人注目。另外，為了在半導(dǎo)體層上獲得更好的電流擴(kuò)散(current spreading),并避免在由這個(gè)區(qū)域內(nèi)可能相當(dāng)高的電流所導(dǎo)致的部分區(qū)域上過熱，'218號(hào) 專利的設(shè)計(jì)可能需要有一個(gè)相當(dāng)緊密的電極布局設(shè)計(jì)。結(jié)果，發(fā)光區(qū)域可 能很小，當(dāng)然這不是人們所希望的。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一個(gè)具有改進(jìn)散熱或耗能特征的發(fā)光設(shè)備，或至 少提供一個(gè)有用選擇給公眾。發(fā)明概述依照本發(fā)明的一個(gè)方面， 一個(gè)發(fā)光設(shè)備首先包括一個(gè)發(fā)光二極管 (LED)結(jié)構(gòu)，其有一個(gè)具有發(fā)光區(qū)的頂表面。設(shè)備在LED結(jié)構(gòu)內(nèi)也有一 個(gè)異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)有一個(gè)p-型和一個(gè)n-型半導(dǎo)體層，和位于頂面上的多個(gè) 電極，每個(gè)電極被電連接到p-型和n-型半導(dǎo)體層中的一個(gè)半導(dǎo)體層。至少 第一和第二電極被連接到一個(gè)同型半導(dǎo)體層，且彼此物理上是相互隔開的。設(shè)備還包括在異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)，每個(gè)異質(zhì)結(jié)分別定義在第 一和第二電極中的一個(gè)電極和被連接到其它類型半導(dǎo)體層的其它電極中的 一個(gè)電極之間。第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)在時(shí)域內(nèi)被交替驅(qū)動(dòng)發(fā)光。一個(gè)實(shí)施例有一個(gè)電連接到第一和第二電極的電源，用來交替驅(qū)動(dòng)第 一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例里，電源重復(fù)地、連續(xù)地、和交替地驅(qū)動(dòng)第一和第二 異質(zhì)結(jié)區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例里，電源是一個(gè)交流電源。另一個(gè)實(shí)施例有一個(gè)整流電路，被電連接在電源和第一和第二電極中 的至少一個(gè)電極之間。在另一個(gè)實(shí)施例里，電源輸出多個(gè)周期性間斷脈沖，用來交替地驅(qū)動(dòng) 第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例里，電源輸出在一個(gè)至少20 HZ的頻率上驅(qū)動(dòng)第一和 第二異質(zhì)結(jié)區(qū)中的至少一個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例里，第一和第二電極是完全相反的不同極性。在另一個(gè)實(shí)施例里，第一和第二電極位于頂面的轉(zhuǎn)角上。另一個(gè)實(shí)施例有一個(gè)形成頂面、協(xié)助電流擴(kuò)散的透明或半透明的電極 層。透明或半透明電極層可以是從一組銦錫氧化物、銦鋅氧化物、和氧化 鋅里選擇出來的 一種材料制成。依照本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一個(gè)發(fā)光設(shè)備包括一個(gè)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其有一個(gè)具有發(fā)光區(qū)的頂面； 在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)包括一個(gè)p-型和-個(gè)n-型半導(dǎo)體層； 在物理上被隔開、位于頂面上的至少第一和第二電極，每個(gè)電極被電連接到相同的p-型和n-型半導(dǎo)體層； 一個(gè)接地電極；和在第一電極和接地電極之間的異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第一異質(zhì)結(jié)區(qū)，和在第 二電極和接地電極之間的異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第二異質(zhì)結(jié)區(qū)，其中第一異質(zhì) 結(jié)區(qū)和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)在時(shí)域內(nèi)被交替驅(qū)動(dòng)發(fā)光。從以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，結(jié)合附圖， 通過例子描述本發(fā)明的原理。


圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的典型發(fā)光設(shè)備俯視圖； 圖2是沿著A-A'線圖l發(fā)光設(shè)備的截面圖；圖3是描述正在使用中的圖1和圖2發(fā)光設(shè)備的簡(jiǎn)化示范電子電路圖； 圖4描述適用于驅(qū)動(dòng)圖1和圖2發(fā)光設(shè)備的一種功率信號(hào)的輸出；和圖5描述適用于驅(qū)動(dòng)圖1和圖2發(fā)光設(shè)備的另一種功率信號(hào)。發(fā)明詳述如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一個(gè)典型發(fā)光實(shí)施例100首先包括一個(gè) 發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)101，在典型實(shí)施例里，其有一個(gè)方形形狀的頂 面103，有一個(gè)發(fā)光區(qū)105。 LED 101包括一個(gè)活性區(qū)107，在任選基板109 上?；钚詤^(qū)107，即異質(zhì)結(jié)，有一個(gè)p-型和一個(gè)n-型半導(dǎo)體層111、 113， 在p-型和n-型半導(dǎo)體層111、 113之間形成一個(gè)活性層115，即p-n結(jié)。一個(gè)透明電極層119，是從以下一組如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、或 氧化鋅里選擇出來的材料制成，被貼附在p-型半導(dǎo)層111的頂上，從而確 定LED的頂面。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解的，透明電極層117作為 電流擴(kuò)散層和透明電極。由于它的透明性，光能夠從LED的頂面發(fā)出。因 此，發(fā)光區(qū)105是由透明電極層117的未覆蓋區(qū)確定。4個(gè)p-電極119a-d被貼附在透明電極層117的四個(gè)轉(zhuǎn)角上，并被電連 接而在透明電極層和外部電連接之間提供穩(wěn)定的電接觸。每個(gè)p-電極 119a-d有一對(duì)細(xì)金屬線121a、 121b，從一個(gè)轉(zhuǎn)角上的金屬焊盤或凸點(diǎn)123 延伸開來，其大體相互垂直并延伸到其它兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)角。在典型實(shí)施例 里，焊盤123是一個(gè)扇形狀，且與指型線121a、 121b相比有一個(gè)相當(dāng)大的 尺寸，以確保良好電連接到外部電路(圖1和圖2中未顯示)。在每?jī)蓚€(gè)鄰 近p-電極之間有間隙125，從而p-電極119a-d物理上是相互隔開的。部分活性區(qū)107和透明電極層117被蝕刻掉，暴露出部分n-型半導(dǎo)體 層，從而n-電極127，被電連接到n-型半導(dǎo)體層113，能夠與p-電極119a-d、 透明電極層117和p-型半導(dǎo)體層111電隔離。蝕刻掉的部分幾乎是圓形的， 如圖1所示當(dāng)從頂部觀察時(shí)，其位于LED結(jié)構(gòu)的中央。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能夠理解的，這種p和n-電極布局可以幫助克 服電流擁擠影響。另外，在異質(zhì)結(jié)內(nèi)的4個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)129a-d實(shí)際上是在各個(gè)p-電極 119a-d和n-電極127之間被確定，這將作詳細(xì)討論。異質(zhì)結(jié)區(qū)129a-d被確 定，以至當(dāng)某個(gè)電壓量被施加到各個(gè)p-電極和n-電極時(shí)，每個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū) 129a-d能夠被激活而發(fā)光?？梢岳斫猓趫D1里實(shí)際定義異質(zhì)結(jié)區(qū)129a-d 的需線僅僅是用于舉例說明，本領(lǐng)于有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將明白，異質(zhì)結(jié)區(qū) 129a-d可以有不同的形狀。如圖3所示，使用時(shí)，p-電極119a和119c相互連接，并通過一個(gè)整 流電路303如二極管被連接到電源301。 p-電極11%和119d也是相互連 接的，并通過另一個(gè)整流電路305如二極管被連接到電源301。 n-電極127 接地。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的，異質(zhì)結(jié)區(qū)129a-d被簡(jiǎn)化為并行連接的多個(gè)發(fā)光二極管單元，并通過多個(gè)電阻器連接到電極。圖4描述一個(gè)典型類型電源的輸出，如一個(gè)交流電源，其適用于圖3 設(shè)備。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的，在電源輸出正相期間，電壓施加 在p-電極119a、 119c和n-電極127之間；而在負(fù)相期間，電壓施加在p-電極119b、 119d和n-電極127之間。因此，異質(zhì)結(jié)區(qū)129a、 129c和129b、 129d是交替的，且在時(shí)域內(nèi)至少部分被驅(qū)動(dòng)發(fā)光。由于人類視覺的持續(xù)性，
當(dāng)AC功率信號(hào)的頻率充分高時(shí)，例如，高過20Hz，光的間斷或變化可能 是人類視覺無法觀察到的。通常可以理解激活或驅(qū)動(dòng)異質(zhì)結(jié)區(qū)129a-d至少部分取決于通過那里 采用的電流幅度。例如，當(dāng)釆用一個(gè)相對(duì)較高的電流時(shí)，每個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)的 一個(gè)相對(duì)較大的區(qū)域能夠被啟動(dòng)發(fā)光，反之亦然。本領(lǐng)域有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將明白，以上所述的實(shí)施例可以通過在時(shí)域 內(nèi)交替驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED結(jié)構(gòu)的不同異質(zhì)結(jié)區(qū)，實(shí)現(xiàn)較低的能耗。由于LED 結(jié)構(gòu)的每個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)是在開-關(guān)狀態(tài)上工作，同時(shí)能夠改善散熱。而且，本領(lǐng)域有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將會(huì)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)指狀電極布局相比， 通過p和n-電極布局可以減少透明電極層的多余覆蓋。這是因?yàn)樵谌鐖D1 和圖2所示的本發(fā)明的典型實(shí)施例里，過熱問題可以通過交替驅(qū)動(dòng)不同異 質(zhì)結(jié)區(qū)得以緩解，所以圖1和圖2的典型實(shí)施例可以不需要像在傳統(tǒng)先前 技術(shù)設(shè)計(jì)里的緊密電極布局來實(shí)現(xiàn)平均電流擴(kuò)散。結(jié)果，典型實(shí)施例可以 提供一個(gè)相當(dāng)大的發(fā)光區(qū)?？梢允褂酶鞣N類型的功率信號(hào)。例如，圖5描述一個(gè)用于圖1和圖2 發(fā)光設(shè)備的不同類型的電源輸出，其有多個(gè)周期性間斷脈沖，在時(shí)域內(nèi)被 連續(xù)地和交替地應(yīng)用到p-電極129a、 129c和129b、 129d。對(duì)前述示范實(shí)施例可以作出其它改進(jìn)。例如，幫助改進(jìn)電流擴(kuò)散的透 明電極層，不一定是必需的，特別是在非頂發(fā)光LEDs里。說明書里用來描述本發(fā)明及其各種實(shí)施例的文字不僅可以在共同定義 的含義上被理解，而且還包括在說明書里通過特別定義結(jié)構(gòu)、材料或在共 同定義的含義范圍之外的動(dòng)作。因此，如果在這個(gè)說明書的內(nèi)容里一個(gè)元 素可以被理解為包括超過一種含義，其在權(quán)利要求里的使用必須被理解為 對(duì)由說明書及其中文字所支持的所有可能含義。所以，以下權(quán)利要求的文 字或元素定義是，在說明書里被定義，不僅包括逐字設(shè)定的元素組合，而 且包括所有等同結(jié)構(gòu)、材料或以實(shí)質(zhì)上相同方法執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同功能以獲
得實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果的動(dòng)作。
權(quán)利要求
1.一個(gè)發(fā)光設(shè)備，包括一個(gè)發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)具有發(fā)光區(qū)的頂面；一個(gè)異質(zhì)結(jié)，在LED結(jié)構(gòu)內(nèi)，異質(zhì)結(jié)包括一個(gè)p-型和一個(gè)n-型半導(dǎo)體層；多個(gè)電極，位于頂面上，每個(gè)電極被電連接到一個(gè)p-型和n-型半導(dǎo)體層，其中至少第一和第二電極被連接到一個(gè)同型半導(dǎo)體層，且彼此物理上是被隔開的；在異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)，每個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)分別被定義在第一和第二電極中的一個(gè)電極和被連接到其它類型半導(dǎo)體層的其它電極中的一個(gè)電極之間；其中第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)在時(shí)域內(nèi)被交替驅(qū)動(dòng)發(fā)光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，還包括一個(gè)電源，與第一和第二 電極電連接，分別用來交替驅(qū)動(dòng)第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光設(shè)備，其中電源重復(fù)地、連續(xù)地和交替 地分別驅(qū)動(dòng)第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光設(shè)備，其中電源是一個(gè)交流電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光設(shè)備，還包括一個(gè)整流電路，電連接在 電源和第一和第二電極中的至少一個(gè)電極之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中電源輸出多個(gè)周期性間斷脈 沖，用來分別交替地驅(qū)動(dòng)第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光設(shè)備，其中電源輸出在一個(gè)至少20Hz 的頻率上驅(qū)動(dòng)第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)的至少一個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中第一和第二電極是完全反向 的不同極性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中第一和第二電極位于頂面的 轉(zhuǎn)角上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，還包括一個(gè)形成頂面的透明或半透明電極層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的發(fā)光設(shè)備，其中電極層的制成材料是從以下選擇銦錫氧化物、銦鋅氧化物、和氧化鋅。
12. —個(gè)發(fā)光設(shè)備，包括一個(gè)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其有一個(gè)具有發(fā)光區(qū)的頂面； 在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)包括一個(gè)p-型和一個(gè)n-型半導(dǎo)體層；在物理上隔開、位于頂面上的至少第一電極和第二電極，每個(gè)電極被電連接到相同的p-型和n-型半導(dǎo)體層； 一個(gè)接地電極；和在第一 電極和接地電極之間的異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第一異質(zhì)結(jié)區(qū)，和在第 二電極和接地電極之間的異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第二異質(zhì)結(jié)區(qū)，其中第一異質(zhì) 結(jié)區(qū)和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)在時(shí)域內(nèi)被交替驅(qū)動(dòng)發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明提供的一個(gè)發(fā)光設(shè)備首先包括一個(gè)發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，其有一個(gè)具有發(fā)光區(qū)的頂面。此設(shè)備在設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)也有一個(gè)異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)有一個(gè)p-型和n-型半導(dǎo)體層，和位于頂面上的多個(gè)電極，每個(gè)電極被電連接到p-型和n-型半導(dǎo)體層中的一個(gè)半導(dǎo)體層。至少第一電極和第二電極是被連接到一個(gè)同型半導(dǎo)體層，且彼此物理上是隔開的。此設(shè)備還包括在異質(zhì)結(jié)內(nèi)的第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)，每個(gè)異質(zhì)結(jié)區(qū)分別定義在第一和第二電極中的一個(gè)電極和被連接到其它類型半導(dǎo)體層的其它電極中的一個(gè)電極之間。第一和第二異質(zhì)結(jié)區(qū)在時(shí)域內(nèi)被交替驅(qū)動(dòng)發(fā)光。
文檔編號(hào)H01L33/62GK101156254SQ200680011290
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者明 盧, 徐文泰 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司